可回收锚索的应用与前景分析

孙本水

(山东科技大学地球科学与工程学院，山东 青岛 266590)

1 概述

锚索、土钉是常见的基坑支护结构形式，当地下结构施工完成后锚索、土钉将永久地留在岩土体中，形成地下建筑垃圾，对地下岩土体产生污染[1]。更有甚者，遗留在地下的钢筋、钢绞线延伸到用地红线外，严重侵犯了临近建筑的地下空间，为后续工程建设留下了隐患。伴随着城市建设的发展，城市建设用地的矛盾越来越严重[2]，人们对地下空间的产权意识日益增强，不可回收锚索由于侵犯临近建筑地下空间的产权，其在城市建设中的应用将会逐渐被限制，甚至淘汰，而可回收锚索将会成为解决这一工程问题的有效手段[3]。可回收锚索不仅可以解决临时支护造成的地下建筑垃圾问题，而且对于地下空间的长期开发具有深远意义[4]。目前，常见的可回收锚索主要分为拉拔式、热熔式和机械式三种。本文以济南市某城中村改造村民保障用房项目为例介绍热熔式可回收锚索在基坑支护工程中的应用情况。

2 工程概况及地质条件

该城中村改造村民保障用房项目位于济南市历下区，项目规划用地面积为3.52 hm2，规划总建筑面积约为21.2万m2，地上建筑面积15.8万m2。本次支护范围为主楼及车库区域，基坑形状为不规则矩形，基坑东西方向长度约269.5 m，南北方向宽约88 m；基坑坡顶长度约为650 m。

地层情况如表1所示。

通过搜集区域水文资料，并结合附近工程经验，确定该场地地下水为深层基岩、岩溶裂隙水，流向大致自南向北，地下水水位埋深约30.0 m～35.0 m。因此，可不用考虑地下水对混凝土结构的腐蚀性及水位变幅对工程的影响，但应考虑季节性降水对工程施工的影响。

3 设计方法

通过对施工场地地层条件、周边环境的分析，从安全、经济的角度确定基坑周边采用天然放坡桩锚支护方案。综合考虑基坑开挖深度、周边环境及地层条件，支护形式设计见表2。

表1 地层情况表

表2 基坑支护形式分布表

由于基坑北侧为规划地铁线(见图1)，距离基坑边缘不足4 m，如果桩锚支护工艺选用普通锚索，当地铁建设时，埋藏在地下中的锚索会影响盾构机的推进施工。因此，通过专家会审论证，基坑北侧范围内的桩锚支护工艺选用可回收锚索。

4 可回收锚索

4.1 原理

综合对比锚杆的受力形式、回收难度、成本费用及采购途径等因素[4]，并且结合本项目实际情况本工程选用的可回收锚索为热熔式可回收锚索。

热熔锚具张拉锁定后可以像普通锚具一样通过夹片将钢索锁住，在锚杆使用完成后，通过低压通电将锚具内部结构熔化破坏，解除夹片对钢绞线的束缚，从而给钢绞线卸荷，实现钢绞线回收。

4.2 经济性比较

普通锚索费用组成为成孔费、材料费和锚索加工费。

可回收锚索费用组成为成孔费、材料费、可回收锚索加工费和锚索芯回收费。

在本项目中，可回收锚索的费用主要来自可回收锚索的加工，由于可回收锚索技术受专利保护，只能由厂家加工，费用中含有专利费，从而使得在相同地层中施工时，可回收锚索比普通锚索的费用较高，但是随着规模的扩大及回收的钢绞线的重复利用率的提高，可回收锚索的费用会降低下来。

4.3 施工过程

1)锚索加工、安装：根据图纸设计长度直接组装(见图2)，可不需要对中支架，组装前、安装前后对锚索进行通电测试，检查完整性；本工程采用的可回收锚索由厂家根据设计要求直接加工安装。

2)施工工艺：工作面修整→钻机就位→成孔→安放锚索→注浆→二次注浆→锚固体养护→安放腰梁→张拉锁定。

3)锚索张拉：普通锚索一般在施工完成7 d后就可进行张拉。可回收锚索为压力分散型锚索，只有锚头作为锚固段受力，为了保证施工质量，一般在可回收锚索施工完成10 d后进行张拉锁定。

4)锚索回收：锚索回收工作与基坑回填工作要密切配合，基坑每回填一层，锚索就回收一排。锚索回收时，首先通电解锁、拆除锚具，然后利用自动回收设备拆除钢绞线(见图3)。锚索拆除回收以3人为一组，由于回收钢绞线的设备可以自动工作，在安装自动设备后，每组可进入下一根锚索的自动设备拆除工作，因此每次可操作多台回收设备，提高工作效率。

5 基坑监测

由于可回收锚索在基坑支护中应用较少，且基坑为深度达到10 m以上的深基坑，为了保证可回收锚索的施工质量和基坑安全，在基坑开挖施工过程中，我们对基坑边坡的位移变形情况进行检测，尤其是可回收锚索施工部位的位移变形监测，更是基坑监测过程中的重点工作。基坑北侧可回收锚索部分开挖深度为12.00 m～25.50 m，设置了2排～4排可回收锚索。因此，为了及时监测施工过程中可回收锚索轴力值的变化情况，根据可回收锚索周边环境特点、基坑结构特点和现场施工情况及相关技术标准要求，针对这一部分我们选取了7列18根锚索，对它们在基坑开挖过程中轴力值的变化情况进行统计[5](见表3)。根据监测数据和不断变化的外部环境条件结合施工实际情况进行综合分析判断该部分的稳定性，做好事前控制工作。

表3 可回收锚索监测点编号明细表

锚索轴力监测设备和方法如下：

1)监测设备。监测仪器：609型频率读数仪、振弦式锚索测力计；设备精度：±0.1 Hz。

2)可回收锚索轴力监测方法。埋设的应力计，出厂时厂方均提供其受力率定系数表，测量时，用配套609型频率计连接各应力计导线，测出应力计频率，通过相关计算换算成应力，锚索荷载值P值计算公式如下：

P=K(f0-fi)+b。

其中，K为系数；f0为出厂测值；fi为当次测值；b为常数。

传感器埋设前需检查其无受力状态时频率f0，当其与出厂标定频率f0在误差范围内时方可采用，量测精度不宜低于0.5%F·S，分辨率不宜低于0.2%F·S[6]。应在使用前分两次测定初始读数，取平均值为其初始值。

表4是2019年6月15日～2019年11月5日期间，对可回收锚索进行轴力监测的部分数据。

表4 可回收锚索轴力监测统计表 kN

图4是针对MS1-1，MS2-1，MS3-1，MS4-1，MS5-1，MS6-1，MS7-1七个监测点在2019年6月15日～2019年11月5日期间测取的部分数据所做的折线图，更能直观的表现出可回收锚索部分基坑位移变形情况。

该城中村改造村民保障用房项目可回收锚索轴力监测项目自2019年6月15日到2019年11月5日共进行了30余次监测。部分监测点的数据详见表3，轴力值变化曲线图详见图4。通过轴力监测统计表和轴力监测数据曲线图，可以明确显示出可回收锚索轴力监测数据曲线较为平缓，轴力监测值变化幅度不大，都在允许范围之内。

通过轴力监测可以得知，可回收锚索与普通锚索相比完全可以满足基坑边坡的拉拔要求，可回收锚索与普通锚索适用的地层地质和水文条件基本相同。

6 可回收锚索的优缺点

可回收锚索作为一种新型的施工工艺，在具体施工过程中也存在一定的优缺点。

6.1 优点

1)绿色环保，可回收锚索可以减少对地下空间的污染，保护了地下环境，同时也减少了对临近地下空间产权的侵占，有利于城市建设的进一步发展。

2)节约资源，可回收锚索在基坑回填时，可以实现钢绞线的回收，既节约了资源，又相应的降低了施工成本。

6.2 缺点

1)锚头是不可回收的，锚头留置于地下，未能完全解决地下环境污染问题。就当前的技术而言，锚头残留问题还不能完全解决，不过可回收锚索工艺在目前的城市建设中仍是减少地下空间污染、维护地下空间产权的有效手段。2)回收后的钢绞线出现一定破坏，影响重复使用。可回收锚索中的钢绞线经过预应力张拉后其力学性能更改，已不是初始状态，但对于部分符合要求的钢绞线可降低强度等级使用，从而达到降低成本的目的。3)可回收锚索仅适用于临时性支护工程，不适用于永久性支护。可回收锚索回收的前提是基坑回填，锚索受到的压力减少，对于永久性支护这一点是无法实现的。

7 结语

可回收锚索在该工程中取得了成功的应用，保证了基坑的稳定和安全。可回收锚索作为一种环保、节约资源的基坑支护方式，既减少了对地下环境的污染，又减少了对临近地下空间的侵占，在保留传统锚索功能的同时展现出更符合城市建设发展的新功能，在当今的城市建设中展现出独一无二的优越性。通过本工程实例可以看出可回收锚索在城市建设中已经可以很好的发挥其作用，在目前的城市建设中是值得推广使用的一种新型基坑支护方式。从当前来看，可回收锚索的应用会大大增加施工成本。不过如果能大批量的使用，加工费相对会降低。另外，随着城市建设发展，地下空间应用中出现的产权侵占问题日益严重，解决这些问题我们会投入更大的人力和物力，从长远来看，可回收锚索的应用也是目前能规避这一问题最有效的手段。当然，在可回收锚索的应用过程中仍存在一些需要解决的问题，不过就当前建筑环境来讲，可回收锚索依然具有较大的实用性。